【正文】 ...........................................67 致 謝 .................................................................................................................................68 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................69 附 錄 .................................................................................................................................70 附錄 A C 語言程序編制 .............................................................................................70 ........................................70 .............................................................................73 附錄 B 中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（部分） .............................................76 液壓支架立柱千斤頂內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（ MT/T941996） ......76 液壓缸活塞行程系列 ........................................................................................79 譯文 ....................................................................................................................................80 外文文獻(xiàn) ...........................................................................................................................84 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 我國是世界上厚煤層儲量最大的國家之一，煤炭生產(chǎn)的高產(chǎn)高效和現(xiàn)代化是當(dāng)今國際煤炭工業(yè)的發(fā)展方向，也是我國煤炭行業(yè)的必然選擇，這就要求大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤。 液壓支架在工作面工作 時(shí)， 為了及時(shí)保護(hù)，采用先移架后推溜的工作方式一個(gè)循環(huán)包括降柱，移架，升柱，推溜等四個(gè)動作。 50 年代英國研制的垛式支架和法國研制的節(jié)式支架代替了木支架、金屬摩擦支架，開辟了采煤工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命 ； 60 年代前蘇聯(lián)研制并改進(jìn)的 OMKT 型掩護(hù)式支架 (具有四連桿機(jī)構(gòu) )，解決了支架梁端距變化大且不能承受水平力的問題，開辟了液壓支架設(shè)計(jì)的新時(shí)代 ： 70年代主要是“立即支護(hù)”方式 ； 80年代以來，為提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，液壓支架在液壓性能和自動化程度方面有了大幅度提高。 (2)隨著采煤工作面的推進(jìn)，支架本身可以向前移動，防止支架后部垮落的 矸 石竄入工作空間。 掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐次數(shù)少，能帶壓移架。 (1) 承載結(jié)構(gòu)件 ① 頂梁 直接與頂板相接觸并承受頂板載荷的支架部分叫頂梁。 ② 掩護(hù)梁 阻擋采空區(qū)冒落的 矸石 竄入工作面并承受采空區(qū)冒落矸石的載荷和承受頂板通過頂梁傳遞的水平推力的部件叫掩護(hù)梁。后連桿常常用鋼板將兩個(gè)箱形結(jié)構(gòu)連接在一起。 (2) 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件包括立柱和各種千斤頂。平衡千斤頂是掩護(hù)式支架獨(dú)有的，其兩端分別與掩護(hù)梁和頂梁鉸接，主要用于改善頂梁的界定接頂狀況，改變頂梁的載荷分布。卸載以后，工作腔內(nèi)的壓力低于調(diào)定壓力時(shí)，安全閥自動關(guān)閉。 ① 推移裝置 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 推移 裝置是實(shí)現(xiàn)支架自 身前移和刮板輸送機(jī)前移的裝置，由連接頭、框架、推移千斤頂組成。我國規(guī)定，煤層采高超過 ～ ，支架應(yīng)設(shè)護(hù)幫裝置，其目的在于防止煤壁片幫或在片幫時(shí)互幫板起到遮蔽作用，避免砸傷工作人員或損壞設(shè)備。使活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。此階段為增阻階段 1t ；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下 腔壓力 超過支架的安全閥調(diào) 正值時(shí)，安全閥打開溢流，立柱收縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限止下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 3t ，此時(shí)支架的工作阻力為 23104 ap D p n???, KN (12) 式中 pa ——支架安全閥的調(diào)定壓力， MPa ； 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 其它符號意義同前。在液壓支架降柱開始時(shí)，隨著封閉高壓腔的液控單向閥快速開啟，經(jīng)常出現(xiàn)瞬態(tài)的液壓沖擊。立柱的 工 作過程是在液壓控制系統(tǒng)支配下進(jìn)行的，圖 所示為最基本的立柱控制回路。有效支撐力不僅受立柱布置的影響，而且隨著有效外載荷在頂梁上作用位置的變化而變化。同時(shí)也與泵站到立柱活塞腔的復(fù)雜液控系統(tǒng)特性有關(guān)。足夠大的支架支撐力，可以最大限度地保持 頂 板的穩(wěn)定，從而減慢或延緩頂板的下沉。需要指出的是溢流承載階段可能發(fā)生在相鄰支架移架前或后，有一定的隨機(jī)性。 (4)卸載降柱階段 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護(hù)式液壓支架總體及推移千斤頂強(qiáng)度設(shè)計(jì) 12 在采煤機(jī)割煤后，必須支護(hù)新裸露的頂板，故要卸載降柱。這主要是由于封鎖高壓液體的液控單向閥的快速關(guān)閉引起。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 (7).調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 支撐掩護(hù)式支架是在支撐式支架與 掩護(hù)式支架后發(fā)展起來的一種支架。 。 根據(jù)頂板條件和使用要求，頂梁可設(shè)置伸縮梁；一般整體頂梁只能設(shè)置內(nèi)伸式伸縮梁，如圖 所示。在支架滯后支護(hù)的情況下，利用挑梁可實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)；③在厚煤層分層開采時(shí)，采上分層可利用挑梁掛網(wǎng)卷，采下分層可利用挑梁挑網(wǎng)兜。四連桿機(jī)構(gòu)把千斤頂?shù)淖饔昧τ行У貍鬟f到煤壁和頂板上。支架常用的活動 側(cè)護(hù)板形式有直角式和折頁式兩種。 底座 (1). 底座的功能 ① .承受由立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底板； ② .是整個(gè)支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體性的基礎(chǔ)； ③ .便于人員操作與行走； ○ 4 .與工作面輸送機(jī)等組成交替前移的支撐點(diǎn)，防止支架與輸送機(jī)下滑。 圖 210 折頁式活動側(cè)護(hù) Foldingtype activities, side protection 圖 211 整體剛性底座 Overall rigid base 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ③ .鉸接式分體底座 如圖 所示，鉸接式分體底座分為左右相對獨(dú)立的兩部分，從中擋處鉸接，左右底座在垂直方向可相對錯(cuò)動，無剛性約束。一般 框架式長推移桿結(jié)構(gòu)如圖 ，它由前后兩段組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為雙桿式結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向塊。 由上述推移裝置特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)推移裝置選用反向框架式長推移桿 、 有較大的移架力，并在移架時(shí)對底座前部有上抬作用。 a —— 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取 50mm； бa—— 浮矸石、浮煤層厚度，一般取 50mm； 本設(shè)計(jì)由給定參數(shù) 煤層厚度 ～ Hm=3500mm， Hn=2200mm。 (2).其他千斤頂 其他千斤頂有側(cè)推千斤頂，前梁回轉(zhuǎn)千斤頂和護(hù)幫千斤頂都采用雙作用活塞桿形式。它的結(jié)構(gòu)簡單 、 可靠性好，防止支架和輸送機(jī)下滑的性能好，但在工作面難以更換，因此，必 圖 212 底分式剛性底座 Bottom fraction rigid base 圖 214 短推移桿 Short passes bar 圖 213鉸接式分體底座 Articulated split base 圖 215 框架式長推移桿 Frame over a long rod 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護(hù)式液壓支架總體及推移千斤頂強(qiáng)度設(shè)計(jì) 20 須保證其有足夠大的安全系數(shù)。 推移裝置由推移桿 、推移千斤頂和連接頭等主要零部件組成，其中推移桿是決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部件。整體剛性底座的整體剛度和強(qiáng)度好，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓，但中擋推移機(jī)構(gòu)處易積浮煤 、 碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支架。 (2).折頁式 折頁式活動側(cè)護(hù)板如圖 210 所示。但是，四連桿式機(jī)構(gòu)的連桿受結(jié)構(gòu)限制，容易損壞。但挑起力矩小，且當(dāng)頂 梁或前梁帶伸縮梁時(shí)，厚度較大，難以實(shí)現(xiàn)挑起。在礦山壓力作用下，煤壁片幫和梁端頂板冒落互相誘發(fā)，構(gòu)成惡性循環(huán)。 為順利移架，前梁間一般要留有 100~150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 (2)．頂梁 的結(jié)構(gòu)形式與選擇 ① 支架常用頂梁形式有 3 種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。 (11).要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 (3).防矸性能要好。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝 150 臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。具有擦頂帶壓移架液控系統(tǒng)的液壓支架，只需卸載時(shí)間 tx和初撐時(shí)間 tc，而不需升柱時(shí)間 ts 和降柱時(shí)間 tj，可見擦頂帶壓移架不僅可以防止破碎頂板漏頂，而且有利于提高移架速度。這主要是由于安全閥的溢流速度太慢而不能適應(yīng)頂板壓力來變化。其值能否達(dá)到或超過 Pt，取決于許多因素。但對于具有初撐力保證系統(tǒng)或自動增壓初撐系統(tǒng)的立柱控制回路，升柱初撐時(shí)間應(yīng)為打開操縱閥到關(guān)閉操縱閥的實(shí)際所需時(shí)間，其值一般應(yīng)略大于 tc，由此可見初撐力保證系統(tǒng)或自動增壓初撐系統(tǒng)可以解決同時(shí)要求快速移架和提高初撐力的矛盾。因此，允許的初撐時(shí)間 tc很短，不可能使支架初撐力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 Po 是操縱閥打開前立柱活塞腔壓力， Ps 是升柱過程中克服運(yùn)動阻力和立柱、頂梁等自重所需的壓 力， Pc是初撐結(jié)束時(shí)立柱活塞腔壓力，其值取決于液壓系統(tǒng)特性和初撐時(shí)間 tc也有一定的隨機(jī)性。 在長壁回采工作面，為了提高支架推進(jìn)速度以適應(yīng)采煤機(jī)的生產(chǎn) 能力，往往安排幾名支架操作工。這些輔助工序可與其中一種主要工序同時(shí)進(jìn)行，或者單獨(dú)進(jìn)行。 支架的支撐力與時(shí)間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 13 所示。防滑裝置一般安設(shè)在兩相鄰支架的底座側(cè)面，防倒裝置一般安設(shè)在兩相鄰支架的頂梁側(cè)面。這是由于支撐式支架的頂梁、前后立柱和底座恰好形成四桿雙曲柄機(jī)構(gòu)，因而支架的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，在側(cè)向力的作用下，容易發(fā)生立柱傾斜現(xiàn)象。液控單向閥往往和安全閥組合在一起，組成控制閥。 ① 安全閥 安全閥是支架液壓控制系統(tǒng)中限定液體壓力的元件。有的立柱兩端還有機(jī)械加長段。側(cè)護(hù)板的作用是： ，防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間； ； ； 。掩護(hù)梁一般做成箱式整體結(jié)構(gòu)，也有做成左、右對分結(jié)構(gòu)的。 伸縮式活動前梁可在伸縮千斤頂?shù)淖饔孟孪蛎罕诜较蛏斐龊涂s回，及時(shí)支護(hù)采煤機(jī)割煤后所暴露的頂板，實(shí)現(xiàn)立即支護(hù)。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的特點(diǎn)和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。根據(jù)支架與圍巖的相互作用，一般將液壓支架分為三大類，即 支撐式支架的特點(diǎn)是：頂梁較長，其長度多在 4m左右；立柱多，一般 4～ 6 根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置，以平衡水平推力和防止矸石串入支架工作 空間內(nèi)。到目前為止，適于我國高產(chǎn)高效的國產(chǎn)液壓支架有 20 余種架型，其中用于緩傾斜中厚煤層和緩傾斜厚煤層的各占一半。它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、自移的推溜等工序，與大功率采煤機(jī)、大運(yùn)量的可彎曲刮板機(jī)運(yùn)輸機(jī)組成回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備。而液壓支架的是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。首先，通過 C 語言程序 確定支架的四連桿機(jī)構(gòu)各桿系的長度；然后，以力學(xué)模型為依據(jù)，分析了液壓支架的頂梁、掩護(hù)梁上載荷的作用機(jī)理，得到了較為合理的支架載荷的計(jì)算公式；其次，結(jié)合設(shè)計(jì)的支架，從平面和空間兩方面對支架主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行受力分析；最后對支架主要結(jié)構(gòu)件、掩護(hù)梁 、推移千斤頂 和立柱進(jìn)行強(qiáng)度效核 ,并畫出所有的機(jī)械圖?，F(xiàn)代長壁工作面采煤已經(jīng)在開采區(qū)使用液壓支架。支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)合了垛式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的 特點(diǎn)。綜合化采煤方法是高校安全的采煤方法，而液壓支架是綜合機(jī)械 化采煤方法中的最重要的設(shè)備之一。隨著采煤機(jī)的前進(jìn)，按次序搬動操縱閥，使頂梁下降，支架前移，到達(dá)預(yù)定位置后， 頂梁升起，支護(hù)頂板。 我國從 1958 年開始設(shè)計(jì)掩護(hù)式支架，從1964 年開始由專門研究室 全面開展架